计算机网络——Wire shark实验

Posted 2022-02-06 V-v.

Wire Shark

• 前言
• 一、准备
• 二、数据链路层
• • 实作一
  • 实作二
  • 实作三
• 网络层
• • 实作一 熟悉 IP 包结构
  • 实作二 IP 包的分段与重组
• 传出层
• • 实作一 熟悉 TCP 和 UDP 段结构
  • 实作二 分析 TCP 建立和释放连接
• 应用层
• • 实作一 了解 DNS 解析
  • 实作二 了解 HTTP 的请求和应答

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前言

本部分按照数据链路层、网络层、传输层以及应用层进行分类，共有 10 个实验。需要使用协议分析软件 Wireshark 进行，请根据简介部分自行下载安装。

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一、准备

请自行查找或使用如下参考资料，了解 Wireshark 的基本使用： 选择对哪块网卡进行数据包捕获 开始/停止捕获 了解 Wireshark 主要窗口区域 设置数据包的过滤 跟踪数据流

二、数据链路层

实作一

熟悉 Ethernet 帧结构：

使用 Wireshark 任意进行抓包，熟悉 Ethernet 帧的结构，如：目的 MAC、源 MAC、类型、字段等

问题？
你会发现 Wireshark 展现给我们的帧中没有校验字段，请了解一下原因。
答： Wireshark 抓取的包会自动丢弃掉校验字段

实作二

了解子网内/外通信时的 MAC 地址：
1.ping 你旁边的计算机（同一子网），同时用 Wireshark 抓这些包（可使用 icmp 关键字进行过滤以利于分析），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的？
在ping舍友的过程中丢包，无法ping成功。

2. ping qige.io（或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的
   
   这个 mac 地址是子网网关的物理地址

3. ping www.bilibili.com（或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址又是多少？这个 MAC 地址又是谁的？
   
   通过以上的实验，你会发现：
   访问本子网的计算机时，目的 MAC 就是该主机的
   访问非本子网的计算机时，目的 MAC 是网关的

   原因是访问外网的时候，都是通过 mac 地址送到网关处，然后出了网关再通过 IP 地址进行查找；接收到非子网的计算机返回的数据都是先到网关，网关再根据目的 mac 送到本机

实作三

掌握 ARP 解析过程:
1.为防止干扰，先使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存（需要以管理员身份运行命令行）

2. ping 你旁边的计算机（同一子网，这里我选择的是我的手机），同时用 Wireshark 抓这些包（可 arp 过滤），查看 ARP 请求的格式以及请求的内容，注意观察该请求的目的 MAC 地址是什么。再查看一下该请求的回应，注意观察该回应的源 MAC 和目的 MAC 地址是什么

网络层

实作一 熟悉 IP 包结构

使用 Wireshark 任意进行抓包（可用 ip 过滤），熟悉 IP 包的结构，如：版本、头部长度、总长度、TTL、协议类型等字段

问题？
为提高效率，我们应该让 IP 的头部尽可能的精简。但在如此珍贵的 IP 头部你会发现既有头部长度字段，也有总长度字段。请问为什么？
答：有头部长度字段和总长度字段是为了方便上层将 IP 包中的数据提取出来，如果只有其中一个长度字段，显然上层协议不知道从哪到哪是数据

实作二 IP 包的分段与重组

根据规定，一个 IP 包最大可以有 64K 字节。但由于 Ethernet 帧的限制，当 IP 包的数据超过 1500 字节时就会被发送方的数据链路层分段，然后在接收方的网络层重组。

缺省的，ping 命令只会向对方发送 32 个字节的数据。我们可以使用 ping 202.202.240.16 -l 2000 命令指定要发送的数据长度。此时使用 Wireshark 抓包（用 ip.addr == 202.202.240.16 进行过滤），了解 IP 包如何进行分段，如：分段标志、偏移量以及每个包的大小等

分析其中一组

问题？
分段与重组是一个耗费资源的操作，特别是当分段由传送路径上的节点即路由器来完成的时候，所以 IPv6 已经不允许分段了。那么 IPv6 中，如果路由器遇到了一个大数据包该怎么办？
答：会直接丢弃，并返回主机发送失败的信息

传出层

实作一 熟悉 TCP 和 UDP 段结构

1.用 Wireshark 任意抓包（可用 tcp 过滤），熟悉 TCP 段的结构，如：源端口、目的端口、序列号、确认号、各种标志位等字段

2.用 Wireshark 任意抓包（可用 udp 过滤），熟悉 UDP 段的结构，如：源端口、目的端口、长度等

问题？
由上大家可以看到 UDP 的头部比 TCP 简单得多，但两者都有源和目的端口号。请问源和目的端口号用来干什么？
答：源端口和目的端口是用来确认某一个应用程序，IP 只到达子网网关，MAC 只到达子网下的指定主机，而端口号是达到主机上的某个应用程序

实作二 分析 TCP 建立和释放连接

1.打开浏览器访问 www.bilibili.com 网站，用 Wireshark 抓包（可用 tcp 过滤后再使用加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间使得能够捕获释放连接的包

2.请在你捕获的包中找到三次握手建立连接的包，并说明为何它们是用于建立连接的，有什么特征

它们的长度都很短。通过发出 SYN 信号请求连接，然后服务器端回应 ACK 确认收到请求，然后主机再发出一个确认信号。第一次握手时除了 SYN = 1 外其余的标志都为 0 ，第二次握手时除了 SYN = 1 且 ACK = 1 外其余的标志都为 0 ，第三次握手时除了 ACK = 1 外其余的标志都为 0

3.请在你捕获的包中找到四次挥手释放连接的包，并说明为何它们是用于释放连接的，有什么特征

它们的长度都很短。这里四次挥手为什么只抓到了三个包呢？原始是将第二次、第三次挥手合并成了一个包，所以只看到了三个包。首先发出 FIN 信号请求断开，然后服务器端回应一个 ACK 确认信号，然后又发出一个 FIN 信号（这里将 ACK 和 FIN 合并成立一个包），然后主机回应一个 ACK 确认信号，即可断开连接

问题一？
去掉 Follow TCP Stream，即不跟踪一个 TCP 流，你可能会看到访问 bilibili 时我们建立的连接有多个。请思考为什么会有多个连接？作用是什么？
答：有多个连接相当于开辟了多个传输通道。作用是加快传输数据的速度

问题二？
我们上面提到了释放连接需要四次挥手，有时你可能会抓到只有三次挥手。原因是什么？
答：原因是将第二次、第三次挥手发出的包合并为了一个

应用层

实作一 了解 DNS 解析

1.先使用 ipconfig /flushdns 命令清除缓存，再使用 nslookup www.bilibili.com 命令进行解析，同时用 Wireshark 任意抓包（可用 dns 过滤）


2.你应该可以看到当前计算机使用 UDP，向默认的 DNS 服务器的 53 号端口发出了查询请求，而 DNS 服务器的 53 号端口返回了结果

3.可了解一下 DNS 查询和应答的相关字段的含义

问题？
你可能会发现对同一个站点，我们发出的 DNS 解析请求不止一个，思考一下是什么原因？
答：DNS不止一个的原因可能是DNS解析过程是先从浏览器的DNS缓存中检查是否有这个网址的映射关系，如果有，就返回IP，完成域名解析；如果没有，操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址的映射关系，如果有，就返回IP，完成域名解析；如果还没有，电脑就要向本地DNS服务器发起请求查询域名；本地DNS服务器拿到请求后，先检查一下自己的缓存中有没有这个地址，有的话直接返回；没有的话本地DNS服务器会从配置文件中读取根DNS服务器的地址，然后向其中一台发起请求；直到获得对应的IP为止

实作二 了解 HTTP 的请求和应答

1.打开浏览器访问 www.baidu.com 网站，用 Wireshark 抓包（可用http 过滤再加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间以将释放连接的包捕获

2.请在你捕获的包中找到 HTTP 请求包，查看请求使用的什么命令，如：GET, POST。并仔细了解请求的头部有哪些字段及其意义

3.请在你捕获的包中找到 HTTP 应答包，查看应答的代码是什么，如：200, 304, 404 等。并仔细了解应答的头部有哪些字段及其意义

200 OK 客户端请求成功
400 Bad Request 由于客户端请求有语法错误，不能被服务器所理解。
401 Unauthonzed 请求未经授权。这个状态代码必须和WWW-Authenticate报头域一起使用
403 Forbidden 服务器收到请求，但是拒绝提供服务。服务器通常会在响应正文中给出不提供服务的原因
404 Not Found 请求的资源不存在，例如，输入了错误的URL。
500 Internal Server Error 服务器发生不可预期的错误，导致无法完成客户端的请求。
503 Service Unavailable 服务器当前不能够处理客户端的请求，在一段时间之后，服务器可能会恢复正常。